FSRU的船岸及船船連接系統設計

韓宇，劉洪亮，夏華波，韋曉強，楊學利

(1.中海油能源發展股份有限公司 采油服務分公司，天津 300452；2.上海船舶研究設計院，上海 201203)

LNG-FSRU(以下簡稱“FSRU”)是將LNG氣化工廠移植到海上的新型接收終端，與陸地岸站相比具有適應性廣、工程量少、投資小、建設周期短、不占用土地資源、方便選址和搬遷等優勢[1-2]。目前FSRU與LNG船之間、FSRU與陸地終端之間，沒有統一控制的通信系統，都是一對一的雙邊通信，但FSRU在貨物傳輸和對岸作業時存在三方同時作業的情況，沒有統一的通信控制，操作便利性和安全性受到了較大影響。目前行業內并沒有形成統一的FSRU聯動通信做法，國內未見相關的研究報道，國外的研究也僅限船岸連接系統的設備廠家。本文根據市場使用需求，按照相關規范和作業要求，進行FSRU、LNG船、碼頭終端三方之間的聯動通信系統設計分析，以滿足FSRU對岸基和對LNG運輸船在不同作業模式下的信息交互的要求。

1 FSRU工作模式

FSRU作業模式通常分為:①FSRU向碼頭輸氣(NG)模式，在此工況下，FSRU僅與碼頭接收站連接，向碼頭接收站輸出氣體天然氣(NG)；②FSRU向碼頭輸LNG模式，在此模式下FSRU僅與碼頭接收站連接，向碼頭接收站輸出液化天然氣(LNG)；③FSRU向碼頭輸LNG和NG模式，在此模式下FSRU僅與碼頭接收站連接，向碼頭接收站同時輸出液化天然氣(LNG)和氣體天然氣(NG)；④FSRU接收LNG模式，在此模式下FSRU僅與LNG運輸船連接，LNG運輸船向FSRU輸送液化天然氣(LNG)；⑤)FSRU三方聯動模式，在此模式下，FSRU同時與碼頭接收站和LNG運輸船連接，向碼頭接收站輸出氣體天然氣(NG)，同時LNG運輸船向FSRU輸送液化天然氣(LNG)。不同的作業工況下FSRU船對岸及船船之間船舶狀態信號通信系統要求不同。

2 船岸通訊和貨物緊急切斷功能

2.1 船岸通信

船岸通信主要是傳輸船舶和岸基碼頭端的貨物ESD信號和其他信號。目前船岸通訊方式主要有電氣連接，光纖連接和氣動連接3種[3-4]，電氣連接分為Pyle-National 系統；ITT-Cannon電話連接系統；Miyaki 電氣連接系統和SIGTTO 電氣連接系統。氣動連接系統是早期在LNG船舶上的船岸連接系統，目前氣動連接系統主要作為光纖連接和電氣連接的備用，新的終端可考慮不采用氣動連接，按照規范要求，船岸連接系統應具備冗余[5]，本方案采用主流的光纖連接和電氣連接方式。

2.2 貨物緊急切斷功能(ESD)

貨物緊急切斷(ESD)的功能是在緊急情況下停止貨物液體和蒸汽流動，并使貨物裝卸系統處于安全、靜態狀態。貨物ESD系統的核心功能通過控制緊急關閉閥的遠程關閉達到切斷船舶和岸上之間的液體和蒸汽貨物傳輸，停止貨物泵和壓縮機，同時貨物ESD系統動作需要在船舶和碼頭上都能發出視聽報警。

3 FSRU三方聯動控制通信系統設計

FUSU在不同的作業工況下涉及到FSRU與接收站碼頭之間的信號連接以及FSRU與LNG運輸船之間的信號連接。在前述①～⑤作業模式中，①～④的作業模式需要FSRU僅對岸基碼頭或者對LNG運輸船進行信息傳輸。FSRU三方聯動模式則需要FSRU對岸基碼頭和LNG運輸船同時進行信息傳輸，該作業模式對船岸連接系統的需求包含了①～④的作業模式對船岸連接系統的要求。

以FSRU在三方聯動作業模式下的船岸連接系統提出設計思路，以滿足FSRU在不同的作業模式下的要求。

3.1 FSRU三方聯動作業模式特點

FSRU三方聯動模式下，FSRU同時與碼頭接收站和LNG運輸船連接，FSRU向碼頭接收站輸出氣體天然氣(NG)或者液化天然氣(LNG)，同時LNG運輸船向FSRU輸送液化天然氣(LNG)。

LNG運輸船、FSRU和碼頭接收站之間的控制中心根據靠泊布置情況設置，LNG船和FSRU分別靠泊在碼頭時，控制中心設置在岸上。LNG運輸船、FSRU并聯靠泊時，控制中心宜設置在FSRU上，控制中心應能滿足同時控制船岸通信和船船通信，既可以單獨觸發，也可以全部觸發。通常情況下，FSRU、LNG運輸船，以及岸基接收站采用并聯靠泊運行。見圖1。

圖1 FSRU三方聯動靠泊場景

3.2 FSRU三方聯動通訊方案設計

FSRU三方聯動通信方案設計需要滿足IGC和SIGTTO對液貨船貨物緊急切斷的要求，同時考慮FSRU作業模式的特殊性。為滿足FSRU在三方聯動作業模式下LNG輸船和FSRU以及碼頭接收站的安全，需要在控制中心控制FSRU和岸基碼頭以及LNG運輸船之間的通信并作出相應的控制決策。

3.2.1 系統構架

FSRU船岸/船船連接系統需在三方聯動模式下同時滿足連接岸基碼頭和LNG運輸船， FSRU相對于岸基碼頭，作為船端，相對于LNG運輸船則作為岸端。FSRU船岸/船船連接系統示意圖和簡要構架分別見圖2、3。

圖2 FSRU船岸及船船連接系統示意

本構架中，FSRU船岸及船船連接模塊的主控單元，為控制中心，負責船岸和船船之間信號的處理，包括：系泊數據(MLM)，貨物維護系統(CHS)數據，貨物ESD數據，熱線電話(Hotphone)，公用電話(Publicphone)，內部電話(Plantphone)。同時采用了Pyle-National和ITT-Cannon雙電氣連接方式，可以覆蓋全球大多數區域的使用，可擴展市場范圍。

FSRU與岸基碼頭連接處均為三部分，分別為Pyle-National電氣連接(FJ-EL-C)系統;光纖連接(FJ-FO-C)系統和ITT-Cannon電氣連接(FJ-ITT-C)系統。

FSRU與LNG運輸船連接處分為三部分，分別為Pyle-National電氣連接(FC-EL-C)系統;光纖連接(FC-FO-C)系統和ITT-Cannon電氣連接(FC-ITT-C)系統。

3.2.2 系統設計分析

FSRU向終端傳輸LNG和CNG數據，采用光纖傳輸和電氣傳輸同時進行，光纖傳輸作為主用，電氣傳輸作為備用。采用雙電氣傳輸系統，分別為Pyle-National電氣連接系統和ITT-Cannon電氣連接系統，其中，ITT-Cannon電氣連接系統需要依據靠泊的終端類型確定其是否需要連接。

圖3 FSRU船岸/船船連接系統構架

光纖連接采用行業規范SIGTTO指南要求的6芯光纖，光纖1號和2號端口傳輸4路綜合信號，綜合信號包括熱線電話，共用電話，內部電話以及系泊數據信號，4路信號采用不同的頻率傳輸[6]。光纖3號和4號端口傳輸FSRU與岸基碼頭LNG的ESD-1信號。光纖5號和6號端口傳輸FSRU與岸基碼頭CNG的ESD-1信號。此時光纖連接示意見圖4。

圖4 FSRU船到岸連接光纖系統

電氣連接采用Pyle-National 電氣連接系統，端口信息按照SIGTTO指南要求設置，其中1～10號端口傳輸熱線電話，共用電話以及內部電話信號。31～34號端口用于傳輸FSRU與岸基碼頭之間的系泊數據信號。FSRU向岸基碼頭傳輸LNG，需要13，14號端口傳輸岸基碼頭到船舶方向ESD-1信號，15，16號端口傳輸船舶到岸基碼頭方向ESD-1信號。FSRU向岸基碼頭傳輸CNG，需要25，26號端口傳輸岸基碼頭到船舶方向ESD-1信號，27，28號端口傳輸船舶到岸基碼頭方向ESD-1信號。作為備用的電氣連接示意圖見圖5。

圖5 FSRU船到岸連接電氣系統

FSRU與LNG運輸船(LNG)連接時，LNG運輸船向FSRU傳輸LNG數據，采用光纖傳輸和電氣傳輸同時進行，光纖傳輸作為主用，電氣傳輸作為備用。采用雙電氣傳輸系統，分別為Pyle-National電氣連接系統和ITT-Cannon電氣連接系統，其中，ITT-Cannon電氣連接系統需要依據靠泊的終端類型確定其是否需要連接。

光纖連接和電氣連接形式與FSRU跟岸基碼頭類似，FSRU與岸基碼頭連接時船岸/船船連接配置LNG和CNG系統兩路ESD信號。FSRU與LNGC連接時船岸/船船連接僅需要配置LNG的ESD信號。FSRU與LNGC連接時光纖和電氣連接見圖6、7。

圖6 FSRU船到船連接光纖系統

圖7 FSRU船到船連接電氣系統

4 FSRU船岸傳輸作業停止操作程序

4.1 船岸脫離要求

船岸之間傳輸作業停止分為正常和事故2種關斷。貨物傳輸系統應配置緊急關斷系統(ESD)和緊急脫離系統(ERS)。通過船岸連接系統協調ESD和ERS系統，防止傳輸系統壓力過高。LNG傳輸系統，ESD和ERS系統協調應考慮LNGC，FSRU，岸基碼頭之間的相對漂移，以確定由于系泊系統故障而發生漂移的速度和加速度。考慮的因素有：風速風向、船舶對推進或者系泊系統的誤動作以及潮汐波浪等。

4.2 FSRU解脫程序和緊急關斷

正常情況下，FSRU應采用標準的操作程序停止貨物傳輸。FSRU在作業時，應將船岸之間的連接數量限制到最少以縮短解脫時間，正常解脫時間應該控制在1 h以內。

貨物傳輸作業時，應確認ESD處于正常工作狀態，ESD系統應該能自動和手動啟動。緊急關斷系統的操作流程見圖8。

圖8 FSRU 緊急切斷系統操作流程

4.3 FSRU緊急脫離程序

當正常解脫無法實現時，為保證FSRU，岸基碼頭和LNGC的安全，需啟動緊急脫離程序。若ESD系統啟動后，緊急狀態仍然存在，應執行緊急脫離系統(ERS)使貨物傳輸系統脫離。ERS可以自動完成也可以通過在中控室手動操作完成。緊急脫離系統應該考慮貨物傳輸系統排空后進行脫離和貨物傳輸系統排空前進行脫離。機械脫離執行前需要確保緊急脫離單元(ERC)的閥關閉。兩種脫離方式操作流程見圖9。

圖9 FSRU 緊急緊急脫離程序

5 結論

為解決FSRU與LNG船和碼頭終端的三方聯動通訊問題，設計帶有通訊控制中心的三方聯動通信系統。

1)控制中心宜設置在FSRU上，控制中心能同時控制船船連接子系統和船岸連接子系統，實現集中統一管理。

2)船船和船岸兩種子系統均以光纖傳輸為主，電氣傳輸為輔，船船連接子系統能實現語音、共用電話、內部電話、系泊數據等4路綜合信號和LNG的ESD信號傳輸；船岸連接子系統能實現4路綜合信號和LNG及CNG的2路ESD信號傳輸，這些傳輸功能能夠滿足FSRU所有的信息傳輸模式。

3)采用Pyle-National和ITT-Cannon雙電氣連接，能基本滿足全球不同港口設施的兼容要求。

4)為系統制定的應急解脫程序，能保障使用的安全可靠性。

系統設計是在行業通用SIGTTO指南規定的通信端口范圍內，在現有通信功能基礎上，對未定義端口的一種功能拓展設計，可實現FSRU、LNG運輸船、終端的三方聯動，使得原來的船岸連接和船船連接兩套獨立系統融合成了一套綜合控制系統，簡化了方案，便于集中統一管理。